CN104474988A - 一种中和反应装置及自控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中和反应的装置，其技术要点是：包括液碱计量罐、液碱桶、酸溶液桶、中和釜以及PLC控制器，所述中和釜的顶端开设有两个进料口，其中一个进料口依次连接液碱计量罐和液碱桶，另一进料口连接酸溶液桶,中和反应装置还包括有第一调节阀以及用于对物料精确控制的精确控制单元，第一调节阀设置在任意一个进料口上，所述中和釜内置有温度传感器，并将中和釜内的温度信号传递到PLC控制器，以通过PLC控制器来控制第一调节阀的开关流量大小。通过该种装置和方法有效的在中和反应过程中，对酸液以及碱液都可以实时的精确控制，保证了中和反应的效果。

Description

一种中和反应装置及自控方法

技术领域

本发明涉及中和反应领域，更具体的说是涉及一种中和反应的装置及自控方法。

背景技术

中和反应(neutralization reaction)是酸与碱互相交换成分，生成盐和水的反应。

申请号为201310735031.7的中国发明公开了一种硝酸铵中和控制***，包括中和器，所述中和器分别连接有硝酸进料管与氨气进料管，所述中和器的顶端出气端与气液分离器的输入端连接、其输出端与再中和器连接；所述气液分离器的出液端与所述中和器连接；所述中和器的顶端出气端连接有冷凝器，所述冷凝器的输出端设有第一取样阀；所述中和器与再中和器之间的连接管道上设有第二取样阀；所述第一取样阀与第二取样阀的出口端均位于漏斗的上方。对中和器所逸出的蒸汽引入冷凝器中进行冷凝变为冷凝液进行取样分析其酸碱度，根据分析结果调节酸或氨的流量阀门，进而控制硝铵溶液的酸碱度，降低酸、氨消耗，并回收溶液，节能环保。

申请号为201320230351.2的中国实用新型公开了一种硫化醛酮缩合物的酸碱中和生产装置，包括反应釜、中和罐、酸罐和手动调节阀，反应釜、和酸罐设在高于中和罐高度的架子上，中和罐设在水平地面上，在反应釜底部设有一根出料管，出料管与中和罐上部进口连接，在酸罐底部设有一根出酸管，出酸管与出料管并连，在出料管和出酸管上各自设有一个手动流量调节阀。

但是上述两种专利由于没有对酸液或者碱液的精确控制，在实际的生产中，均会存在有以下问题：第一，使得在进行反应的过程中，会出现酸液的消耗多于碱液，或者碱液的消耗多于酸液的现象，增加了酸液或者碱液过多的消耗，不利于环保；第二，中和后多余的酸液或者碱液会影响到生成物的化学性能（例如PH值），从而会达不到人们预计生成物该达到的性能，从而影响了后续工艺的生产；第三，在整个中和反应过程中，不能对中和反应进行实时的精确控制，从而也不能够很好的保证酸碱中和的效果。

因此，设置一个在中和反应过程中，能够有效的对物料进行实时精确控制的装置，显得十分的必要性和重要性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种中和反应的装置及自控方法，通过该种装置和方法有效的在中和反应过程中，对酸液以及碱液都可以实时的精确控制，保证了中和反应的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种中和反应装置，包括液碱计量罐、液碱桶、酸溶液桶、中和釜以及PLC控制器，所述中和釜的顶端开设有两个进料口，其中一个进料口依次连接液碱计量罐和液碱桶，另一进料口连接酸溶液桶,所述中和反应装置还包括有第一调节阀以及用于对物料精确控制的精确控制单元，第一调节阀设置在任意一个进料口上，所述中和釜内置有温度传感器，并将中和釜内的温度信号传递到PLC控制器，以通过PLC控制器来控制第一调节阀的开关流量大小。

本发明进一步设置为：所述精确控制单元是通过称重模块控制***对物料进行精确控制。

本发明进一步设置为：所述第一调节阀设置在中和釜与酸溶液桶之间，从液碱计量罐至中和釜上依次连设置有控制阀和计量泵，所述液碱计量罐和液碱桶间还设置有用于调节液碱流量大小的第二调节阀，所述精确控制单元包括有设置在液碱计量罐以及中和釜上的称重采集模块，所述称重采集模块将液碱计量罐以及中和釜的重量信号传递到PLC控制器，以控制第二调节阀和计量泵的开关流量大小。

本发明进一步设置为：所述液碱计量罐以及中和釜上均安装有压力表。

本发明进一步设置为：所述第一调节阀为气动阀门或电动阀门，所述第二调节阀为气动阀门或电动阀门，所述控制阀为气动球阀。

本发明进一步设置为：所述精确控制单元是通过计量泵控制***对物料进行精确控制。

本发明进一步设置为：所述第一调节阀设置在中和釜与液碱计量罐之间，液碱计量罐和液碱桶之间以及酸溶液桶和中和釜之间均通过精确控制单元相连接，所述精确控制单元包括有依次相连设置的控制阀、计量泵和质量流量计，且所述控制阀靠近液碱桶或者酸溶液桶设置。

本发明进一步设置为：所述液碱计量罐和中和釜内均设置有高点液位和低点液位，并通过其内部设置的压力传感器来实现液位显示和数据输出。

本发明进一步设置为：一种中和反应装置的自控方法，包括有以下步骤。

ａ：通过设置在液碱计量罐和中和釜内的压力传感器，来实现对其液位的显示和数据的输出，并且输出的数据传递到PLC控制器。

ｂ：在中和反应初始阶段，压力传感器输出的数据控制PLC控制器以完成负压投料，所述负压投料为打开、关闭相应的真空，放空管路的控制阀以及第一调节阀、第二调节阀的切换，以实现自动控制完成投料。

ｃ：在中和反应开始阶段，液碱桶内的物料通过第二调节阀向液碱计量罐内供料，酸溶液桶内的物料通过第一调节阀向中和釜供料，当液碱计量罐或者中和釜的重量达到称重采集模块设定的中间重量时，两个调节阀开始随重量的增加而自动调节阀门的开度，直到重量达到最终设定的值后完全关闭两个调节阀，以完成对物料的精确计量。

本发明进一步设置为：一种中和反应装置的自控方法，包括有以下步骤。

ａ：通过设置在液碱计量罐和中和釜内的压力传感器，来实现对其液位的显示和数据的输出，并且输出的数据传递到PLC控制器。

ｂ：在中和反应初始阶段，压力传感器输出的数据控制PLC控制器以完成物料投料，所述物料投料为打开、关闭物料泵、控制阀以及第一调节阀打开、关闭的切换，以实现自动控制完成投。

ｃ：在中和反应开始阶段，液碱桶和酸溶液桶内的物料通过计量泵、质量流量计分别流向液碱计量罐和中和釜，质量流量计累积计算物料流过的重量，当物料将要达到质量流量计设定的重量时，计量泵开始随重量的增加而自动调节阀门的开度以减小进料速度，直到重量达到最终设定的值后完全关闭计量泵，以完成对物料的精确计量。

附图说明

图1为本发明第一具体实施例的示意图；

图2为本发明第二具体实施例的示意图。

图中：1、液碱计量罐；2、液碱桶；3、酸溶液桶；4、中和釜；5、PLC控制器；6、第一调节阀；7、第二调节阀；8、温度传感器；9、称重采集模块；10、控制阀； 11、计量泵；12、压力表；13、计量泵控制***；14、质量流量计。

具体实施方式

参照图1至图2对本发明做进一步说明。

目前的酸碱中和反应，由于没有对酸液或者碱液量进料的精确控制，在实际的生产中，均会存在有以下问题：第一，使得在进行反应的过程中，会出现酸液的消耗多于碱液，或者碱液的消耗多于酸液的现象，增加了酸液或者碱液过多的消耗，不利于环保；第二，中和后多余的酸液或者碱液会影响到生成物的化学性能（例如PH值），从而会达不到人们预计生成物该达到的性能，从而影响了后续工艺的生产；第三，在整个中和反应过程中，不能对中和反应进行实时的精确控制，从而也不能够很好的保证酸碱中和的效果，因此本发明通过采用以下具体实施例来更好的解决好这个问题。

参照图1所示，在第一具体实施例中，一种中和反应装置，包括液碱计量罐1、液碱桶2、酸溶液桶3、中和釜4以及PLC控制器5（所述PLC控制器5选用为：西门子S7200CPU222），所述中和釜4的顶端开设有两个进料口，其中一个进料口依次连接液碱计量罐1和液碱桶2，另一进料口连接酸溶液桶3, 其特征是：所述中和反应装置还包括有第一调节阀6以及用于对物料精确控制的精确控制单元，第一调节阀6设置在任意一个进料口上，所述中和釜4内置有温度传感器8，并将中和釜4内的温度信号传递到PLC控制器5，并根据PLC控制器5来控制第一调节阀6的开关流量大小。

参照图1所示，所述精确控制单元是通过称重模块控制***对物料进行精确控制,所述第一调节阀6设置在中和釜4与酸溶液桶3之间，从液碱计量罐1至中和釜4上依次连设置有控制阀10和计量泵11，所述液碱计量罐1和液碱桶2间还设置有用于调节液碱流量大小的第二调节阀7，所述精确控制单元包括有设置在液碱计量罐1以及中和釜4上的称重采集模块9，所述称重采集模块9将液碱计量罐1以及中和釜4的重量信号传递到PLC控制器5，并根据PLC控制器5来控制第二调节阀7的开关流量大小。

参照图1所示，所述液碱计量罐1以及中和釜4上均安装有压力表12，可以实时的监测出液碱计量罐1以及中和釜4内的压强值。

参照图1所示，所述第一调节阀6为气动阀门或电动阀门，所述第二调节阀7为气动阀门或电动阀门，所述控制阀10为气动球阀。

参照图1所示，所述液碱计量罐1和中和釜4内均设置有高点液位和低点液位，并通过其内部设置的压力传感器来实现液位显示和数据输出。

参照图1所示，第一具体实施例的工作有以下步骤。

ａ：通过设置在液碱计量罐1和中和釜4内的压力传感器，来实现对其液位的显示和数据的输出，并且输出的数据传递到PLC控制器5内。

ｂ：在中和反应初始阶段，压力传感器输出的数据控制PLC控制器5以完成负压投料，所述负压投料为打开、关闭相应的真空，放空管路的控制阀10以及第一调节阀6、第二调节阀7的切换，以实现自动控制完成投料。

ｃ：在中和反应开始阶段，液碱桶2内的物料通过第二调节阀7向液碱计量罐1内供料，酸溶液桶3内的物料通过第一调节阀6向中和釜4供料，当液碱计量罐1或者中和釜4的重量达到称重采集模块9设定的中间重量时，两个调节阀开始随重量的增加而自动调节阀门的开度，直到重量达到最终设定的值后完全关闭两个调节阀，以完成对物料的精确计量。

参照图1所示，第一具体实施例的工作原理为：在中和反应的初始阶段，由于液碱桶2和中和釜4内的液位均低于低点液位，从而分别通过其内设置的压力传感器来起到对其液位的实时监测，以实现对其液位的显示和数据的输出，并且输出的数据传递到PLC控制器5，这个过程为：压力传感器时刻监测液碱计量罐1和中和釜4内的实际压力值，并通过A/D模块转换为数字量传递到PLC控制器5，PLC控制器5通过比较实际值与设定好的值，在得到偏差值后在PLC控制器5内部经PID运算后，传递至D/A模块得到模拟量，PLC控制器5通过该模拟量以控制控制阀10 的开度，以完成负压投料，负压投料为打开、关闭相应的真空，放空管路的控制阀10和第一调节阀6、第二调节阀7的切换，以实现自动控制完成投料。

参照图1所示，在中和反应的反应阶段，在液碱桶2内的液碱通过第二调节阀7向液碱计量罐1内供料后，当液碱计量罐1的重量达到称重采集模块9设定的中间重量时，称重采集模块9向PLC控制器5传递信号，这个过程为：重采集模块时刻监测液碱计量罐1和中和釜4内的重量值，并通过A/D模块转换为数字量传递到PLC控制器5，PLC控制器5通过比较实际值与设定好的值，在得到偏差值后在PLC控制器5内部经PID运算后，传递至D/A模块得到模拟量，PLC控制器5通过该模拟量以控制第二调节阀7开始随重量的增加而自动调节阀门的开度，直到重量达到最终设定的值后完全关闭第二调节阀7，从而实现对液碱进料的精确计量，与此同时，同上述的工作原理，对对酸溶液进料的控制，也可以通过重采集模块、PLC控制器5和第一调节阀6，来实现对酸溶液进料的精确计量。

参照图2所示，在第二具体实施例中，包括液碱计量罐1、液碱桶2、酸溶液桶3、中和釜4以及PLC控制器5，所述中和釜4的顶端开设有两个进料口，其中一个进料口依次连接液碱计量罐1和液碱桶2，另一进料口连接酸溶液桶3, 其特征是：所述中和反应装置还包括有第一调节阀6以及用于对物料精确控制的精确控制单元，第一调节阀6设置在任意一个进料口上，所述中和釜4内置有温度传感器8，并将中和釜4内的温度信号传递到PLC控制器5，并根据PLC控制器5来控制第一调节阀6的开关流量大小。

参照图2所示，所述精确控制单元是通过称重模块控制***对物料进行精确控制,所述精确控制单元是通过计量泵控制***13对物料进行精确控制。

参照图2所示，所述第一调节阀6设置在中和釜4与液碱计量罐1之间，液碱计量罐1和液碱桶2之间以及酸溶液桶3和中和釜4之间均通过精确控制单元相连接，所述精确控制单元包括有依次相连设置的控制阀10、计量泵11和质量流量计14，且所述控制阀10靠近液碱桶2或者酸溶液桶3设置。

参照图2所示，所述液碱计量罐1和中和釜4内均设置有高点液位和低点液位，并通过其内部设置的压力传感器来实现液位显示和数据输出。

参照图2所示，第二具体实施例的工作有以下步骤。

ａ：通过设置在液碱计量罐1和中和釜4内的压力传感器，来实现对其液位的显示和数据的输出，并且输出的数据传递到PLC控制器5。

ｂ：在中和反应初始阶段，压力传感器输出的数据控制PLC控制器5以完成物料投料，所述物料投料为打开、关闭物料泵、控制阀10以及第一调节阀6打开、关闭的切换，以实现自动控制完成投。

ｃ：在中和反应开始阶段，液碱桶2和酸溶液桶3内的物料通过计量泵11、质量流量计14分别流向液碱计量罐1和中和釜4，质量流量计14累积计算物料流过的重量，当物料将要达到质量流量计14设定的重量时，计量泵11开始随重量的增加而自动调节阀门的开度以减小进料速度，直到重量达到最终设定的值后完全关闭计量泵11，以完成对物料的精确计量。

参照图2所示，第二具体实施例的工作原理为：在中和反应的初始阶段，由于液碱桶2和中和釜4内的液位均低于低点液位，从而分别通过其内设置的压力传感器来起到对其液位的实时监测，以实现对其液位的显示和数据的输出，并且输出的数据传递到PLC控制器5，这个过程为：压力传感器时刻监测液碱计量罐1和中和釜4内的实际压力值，并通过A/D模块转换为数字量传递到PLC控制器5，PLC控制器5通过比较实际值与设定好的值，在得到偏差值后在PLC控制器5内部经PID运算后，传递至D/A模块得到模拟量，PLC控制器5通过该模拟量以控制控制阀10 的开度，以完成物料投料，所述物料投料为打开、关闭物料泵、控制阀10以及第一调节阀6打开、关闭的切换，以实现自动控制完成投。

参照图2所示，在中和反应的反应阶段，在中和反应开始阶段，液碱桶2和酸溶液桶3内的物料通过计量泵11、质量流量计14分别流向液碱计量罐1和中和釜4，质量流量计14累积计算物料流过的重量，当物料将要达到质量流量计14设定的重量时，计量泵11向PLC控制器5传递信号这个过程为：计量泵11时刻监测液碱桶2和酸溶液桶3内的物料流量，并通过A/D模块转换为数字量传递到PLC控制器5，PLC控制器5通过比较实际值与设定好的值，在得到偏差值后在PLC控制器5内部经PID运算后，传递至D/A模块得到模拟量，PLC控制器5通过该模拟量以控制计量泵11，计量泵11开始随重量的增加而自动调节阀门的开度以减小进料速度，直到重量达到最终设定的值后完全关闭计量泵11，以完成对物料的精确计量。

参照图1或图2所示，另外，本发明也可以在中和釜4内控制中和反应热的产热速率，中和反应热的控制原理为：中和釜4中和反应产生的热量由中和釜4夹套、内盘管或者外循环冷凝器中的冷媒水带走，中和釜4内的温度通过温度传感器8还控制着液碱计量罐1至中和釜4的进料速度：一种方式为中和釜4内温度升高来调节第一调节阀6和第二调节阀7的开度变小，反之则开度变大；另一种方式为调节计量泵11，中和釜4内的温度高则调节流量开度变小，反之则开度变大。

参照图1或图2所示，并且，第一调节阀6、第二调节阀7和计量泵11的流量可以在PLC控制器5中设定，第一调节阀6、第二调节阀7和计量泵11的调节速度则可以通过PID参数设定。

参照图1或图2所示，另外，所述控制阀10的操作均可以在触摸屏上操作，冷媒水进出温度也以在触摸屏上操作，触摸屏选用带有RS485通迅接口、温度传感器8的单片机产品。

参照图1或图2所示，本发明具有以下优点：第一，通过在中和反应过程中对物料的精确控制，使得酸液和碱液的消耗量可控，以使得酸液与碱液发生完全反应，避免了酸液或者碱液的多余浪费；第二，通过在中和反应过程中对物料的精确控制，使得酸液与碱液能够完全被中和，从而不会影响到生成物的化学性能；第三，通过在中和反应过程中对物料的精确控制，有效的保证了酸碱中和的效果；第四，本发明通过PLC控制器5可编程控制器强大的编程控制功能，根据化学工艺的需求可以编制不同的程序，既可以降低人工控制和不稳定性，解决了人工控制和难点，又可以灵活设定多段时间控制，解决中和反应的自动控制功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中和反应装置，其特征是：包括液碱计量罐、液碱桶、酸溶液桶、中和釜以及PLC控制器，所述中和釜的顶端开设有两个进料口，其中一个进料口依次连接液碱计量罐和液碱桶，另一进料口连接酸溶液桶；

所述中和反应装置还包括有第一调节阀以及用于对物料精确控制的精确控制单元；

所述第一调节阀设置在任意一个进料口上；

所述中和釜内置有温度传感器，并将中和釜内的温度信号传递到PLC控制器，并根据PLC控制器来控制第一调节阀的开关流量大小。

2.根据权利要求1所述的一种中和反应装置，其特征是：所述精确控制单元是通过称重模块控制***对物料进行精确控制。

3.根据权利要求2所述的一种中和反应装置，其特征是：所述第一调节阀设置在中和釜与酸溶液桶之间；

从液碱计量罐至中和釜方向上依次连设置有控制阀和计量泵，所述液碱计量罐和液碱桶间还设置有用于调节液碱流量大小的第二调节阀；

所述精确控制单元包括有设置在液碱计量罐以及中和釜上的称重采集模块；

所述称重采集模块将液碱计量罐以及中和釜的重量信号传递到PLC控制器，并根据PLC控制器来控制第二调节阀的开关流量大小。

4.根据权利要求3所述的一种中和反应装置，其特征是：所述液碱计量罐以及中和釜上均安装有压力表。

5.根据权利要求4所述的一种中和反应装置，其特征是：所述第一调节阀为气动阀门或电动阀门，所述第二调节阀为气动阀门或电动阀门，所述控制阀为气动球阀。

6.根据权利要求5所述的一种中和反应装置，其特征是：所述精确控制单元是通过计量泵控制***对物料进行精确控制。

7.根据权利要求6所述的一种中和反应装置，其特征是：所述第一调节阀设置在中和釜与液碱计量罐之间；

液碱计量罐和液碱桶之间以及酸溶液桶和中和釜之间均通过精确控制单元相连接；

所述精确控制单元包括有依次相连设置的控制阀、计量泵和质量流量计，且所述控制阀靠近液碱桶或者酸溶液桶设置。

8.根据权利要求1至7所述的任意一种中和反应装置，其特征是：所述液碱计量罐和中和釜内均设置有高点液位和低点液位，并通过其内部设置的压力传感器来实现液位显示和数据输出。

9.一种中和反应装置的自控方法，包括权利要求1至5中任意一种所述的中和反应装置，其特征是：包括有以下步骤，

ａ：通过设置在液碱计量罐和中和釜内的压力传感器，来实现对其液位的显示和数据的输出，并且输出的数据传递到PLC控制器内；

ｂ：在中和反应初始阶段，压力传感器输出的数据控制PLC控制器以完成负压投料，所述负压投料为打开、关闭相应的真空，放空管路的控制阀以及第一调节阀、第二调节阀的切换，以实现自动控制完成投料；

ｃ：在中和反应开始阶段，液碱桶内的物料通过第二调节阀向液碱计量罐内供料，酸溶液桶内的物料通过第一调节阀向中和釜供料，当液碱计量罐或者中和釜的重量达到称重采集模块设定的中间重量时，两个调节阀开始随重量的增加而自动调节阀门的开度，直到重量达到最终设定的值后完全关闭两个调节阀，以完成对物料的精确计量。

10.一种中和反应装置的自控方法，包括有如权利要求1、6、7中任意一种所述的中和反应装置，其特征是：包括有以下步骤，

ａ：通过设置在液碱计量罐和中和釜内的压力传感器，来实现对其液位的显示和数据的输出，并且输出的数据传递到PLC控制器；

ｂ：在中和反应初始阶段，压力传感器输出的数据控制PLC控制器以完成物料投料，所述物料投料为打开、关闭物料泵、控制阀以及第一调节阀打开、关闭的切换，以实现自动控制完成投；

ｃ：在中和反应开始阶段，液碱桶和酸溶液桶内的物料通过计量泵、质量流量计分别流向液碱计量罐和中和釜，质量流量计累积计算物料流过的重量，当物料将要达到质量流量计设定的重量时，计量泵开始随重量的增加而自动调节阀门的开度以减小进料速度，直到重量达到最终设定的值后完全关闭计量泵，以完成对物料的精确计量。